史孟松，曲輔政（綜述），劉志華（審校）

（1．濱州醫(yī)學(xué)院附屬煙臺市牟平人民醫(yī)院心內(nèi)科，山東煙臺 264100;2．蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，江蘇蘇州， 215006）

慢性心力衰竭是各種心臟結(jié)構(gòu)或功能性疾病導(dǎo)致心室充盈和（或）射血能力受損而引起的一組綜合征;因致死率、致殘率高，一直是臨床研究的重點(diǎn)［1］。從分子生物角度研究認(rèn)為心力衰竭的本質(zhì)是心肌組織細(xì)胞中某些相關(guān)基因表達(dá)與調(diào)控異常而引起的超負(fù)荷心臟病。當(dāng)今國內(nèi)外對慢性心力衰竭病理生理的研究更多集中于心肌興奮收縮的鈣循環(huán)環(huán)節(jié)。鈣循環(huán)過程主要包括心肌肌漿網(wǎng)鈣釋放、鈣回?cái)z、鈣儲存3個(gè)過程。在這些過程中心肌肌漿網(wǎng)鈣泵2a（sarcoplasmic reticuluMcalciuMadenodine triphosphatase 2a，SERCA2a）起主要作用，它的活性和功能直接影響心肌舒縮功能［2］。

1 SERCA2a的結(jié)構(gòu)和分布

SERCA2是一個(gè)跨膜蛋白，屬肌漿網(wǎng)SERCA家族，分為SERCA2a和SERCA2b兩個(gè)亞型。SERCA2a蛋白主要在心肌和慢速收縮骨骼肌中表達(dá)，是心肌肌漿網(wǎng)中含量最豐富的蛋白，占肌漿網(wǎng)總蛋白的40%;SERCA2b分布廣泛，是平滑肌和非肌性組織中主要表達(dá)的蛋白［3］。

SERCA2a表達(dá)水平隨年齡及體內(nèi)甲狀腺素水平變化而變化，甲狀腺素水平升高的大鼠和小鼠心臟中SERCA2a表達(dá)增加，并且心肌收縮力明顯增加，而甲狀腺素水平低下者則相反［4］。動物在發(fā)育過程中，心室心肌細(xì)胞的SERCA2a表達(dá)水平逐漸增高，但在成年個(gè)體中SERCA2a表達(dá)水平不穩(wěn)定，在老年實(shí)驗(yàn)動物和老人心肌細(xì)胞中，SERCA2a的水平和活性下降，這種下降與延長的心室收縮期和下降的心肌功能有關(guān)。

2 SERCA2a的功能

SERCA2a在心肌舒縮中起重要作用。在收縮期，動作電位促使少量Ca2+通過肌纖維膜L型Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，繼而導(dǎo)致大量Ca2+通過Ca2+釋放通道從肌漿網(wǎng)中釋放出來，Ca2+和肌鈣蛋白C結(jié)合，引起心肌細(xì)胞收縮;游離的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度決定了心肌細(xì)胞興奮程度，進(jìn)而調(diào)節(jié)心肌收縮力。舒張期，SERCA2a將Ca2+攝入肌漿網(wǎng)，同時(shí)細(xì)胞膜上的Na+/Ca2+交換體和Ca2+泵將Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外，細(xì)胞漿中Ca2+濃度顯著下降，導(dǎo)致心肌細(xì)胞舒張;肌漿中Ca2+濃度的快速下降是心肌細(xì)胞舒張的決定因素［5］。在心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)中，Ca2+主要結(jié)合在Ca2+儲存蛋白。在多數(shù)哺乳動物的心臟舒張期，70%以上的Ca2+通過SERCA2a轉(zhuǎn)運(yùn)至肌漿網(wǎng)，導(dǎo)致心肌舒張，并為下一次收縮儲備 Ca2+［6］。

3 SERCA2a功能的調(diào)節(jié)

目前研究認(rèn)為機(jī)體具有兩種調(diào)節(jié)SERCA2a功能的機(jī)制，包括直接和間接調(diào)節(jié)，間接調(diào)節(jié)發(fā)揮主要的調(diào)節(jié)作用:鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent protein kinase-Ⅱ，CaMKⅡ）發(fā)揮直接調(diào)節(jié)作用，受磷蛋白（phospholamban，PLB）發(fā)揮間接作用［7］。

3．1 CaMKⅡ的結(jié)構(gòu)及功能 CaMKⅡ家族是絲/蘇氨酸蛋白酶，受鈣調(diào)蛋白（Calmodulin，CaM）調(diào)節(jié)。哺乳動物中CaMKⅡ由4種不同基因別編碼α、β、γ、δ4種亞基，其中δ亞基是CaMKⅡ在心肌中的主要成分［8］。CaMKⅡ亞基包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域:氨基端的催化結(jié)構(gòu)域、羧基端耦聯(lián)區(qū)及亞基中央?yún)^(qū)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。其中調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域又包括部分相互重疊的自身抑制區(qū)和鈣調(diào)蛋白結(jié)合區(qū)。當(dāng)Ca2+缺乏時(shí)，自身抑制區(qū)和催化結(jié)構(gòu)域結(jié)合，維持激酶構(gòu)象處于無活性狀態(tài)，阻止底物蛋白和Mg2+/ATP結(jié)合到酶催化中心;當(dāng)胞內(nèi)Ca2+水平升高時(shí)，促進(jìn)Ca2+與鈣調(diào)蛋白的結(jié)合，兩者進(jìn)一步結(jié)合到鈣調(diào)蛋白結(jié)合區(qū)，引起激酶構(gòu)象改變，自身抑制區(qū)失活，Mg2+/ATP可結(jié)合到酶催化結(jié)構(gòu)域，從而激活CaMKⅡ而起催化作用。CaMKⅡ活化時(shí)δ亞基自身調(diào)節(jié)域中的自身磷酸化位點(diǎn)是Thr287、Thr306/Thr307;與 Ca2+/CaM結(jié)合后，Thr287自身磷酸化，并產(chǎn)生CaMKⅡ的自主活性，繼之CaMKⅡ與Ca2+/CaM解離，Thr306/Thr307再磷酸化，阻止與Ca2+/CaM再次結(jié)合，防止酶的進(jìn)一步活化。

每個(gè)CaMKⅡ亞基又各自存在多種剪接體。在心臟中δ亞基的不同剪接體主要包括δB和δC，其中δB主要分布于細(xì)胞核中，可能與病理狀態(tài)下調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄密切相關(guān);δc則主要定位于細(xì)胞質(zhì)中，集中在心肌細(xì)胞Z帶T小管的胞質(zhì)面，與RyR、L-型鈣通道相鄰，參與Ca2+依賴的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，同時(shí)可磷酸化調(diào)控胞質(zhì)中的Ca2+調(diào)節(jié)蛋白，影響胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，從而在心律失常、心肌肥厚、心力衰竭發(fā)生中起著重要的作用［9］。

CaMKⅡ作用于肌漿網(wǎng)上的底物主要是通過錨定蛋白完成的，錨定蛋白N端和CaMKⅡ的C端結(jié)合，使其直接固定在肌漿網(wǎng)膜上。CaMKⅡ?qū)ERCA2a蛋白進(jìn)行磷酸化，位點(diǎn)誘變研究確定CaMKⅡ磷酸化SERCA2a的位點(diǎn)在38-絲氨酸位點(diǎn)。CaMKⅡ介導(dǎo)的SERCA2a磷酸化能夠增加肌漿網(wǎng)的Ca2+回收速度并增加心肌舒張速率［10］。

3．2 PLB對SERCA2a的調(diào)節(jié) PLB是單基因產(chǎn)物，由52個(gè)氨基酸構(gòu)成，主要在心肌細(xì)胞中表達(dá)。PLB發(fā)揮功能時(shí)是以5個(gè)相同受磷蛋白組成寡聚體的形式來實(shí)現(xiàn)的。PLB是一個(gè)跨膜蛋白，分為兩個(gè)主要區(qū)域:一個(gè)區(qū)域?yàn)橛H水性的，含有胞質(zhì)部分和3個(gè)磷酸化位點(diǎn);而另一個(gè)區(qū)域?yàn)槭杷畢^(qū)域，此區(qū)域嵌入心肌肌漿網(wǎng)膜內(nèi)。PLB主要通過親水區(qū)域?qū)ERCA2a發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，親水區(qū)含有3個(gè)磷酸化位點(diǎn):①絲氨酸16（Ser-16），可被cAMP依賴的蛋白激酶A磷酸化。②蘇氨酸17（Thr-17），可被CaMKⅡ磷酸化。③絲氨酸10（Ser-10），可被Ca2+磷脂依賴的蛋白激酶磷酸化［11］。

研究表明，PLB的Ser-16和潛在的Thr-17對調(diào)節(jié)SERCA2a功能起到主要作用，但Ser-16的磷酸化似乎更重要。而Ser-10如果起作用，也是僅僅起到可忽視的調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣轉(zhuǎn)運(yùn)的功能。Kiss等［12］認(rèn)為PLB調(diào)節(jié)SERCA2a可能存在兩種方式:一種為快速短效作用，包括PLB磷酸化和SERCA2a活動的抑制;另一種為緩慢而長期的作用，通過控制PLB的表達(dá)來調(diào)節(jié)PLB/SERCA2a比率的變化。

磷酸化的PLB與SERCA2a解離，減輕對SERCA2a的抑制，導(dǎo)致SERCA2a對Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)速率增加。去磷酸化的PLB與SERCA2a結(jié)合，通過蛋白-蛋白之間的相互作用，抑制SERCA2a與Ca2+的親和力，降低SERCA2a的活性。PLB的去磷酸化由蛋白磷酸酶1（protein phosphatase，PP1）和 PP2A。

4 SERCA2a與心力衰竭

心力衰竭時(shí)鈣泵功能受損降低，Ca2+攝取下降，SERCA2amRNA、蛋白水平降低［13］。目前已在不同的心力衰竭動物模型中研究SERCA2a，最常用的模型是患遺傳性心肌病的敘利亞倉鼠。擴(kuò)張型心肌病的敘利亞倉鼠肌漿網(wǎng)鈣泵的蛋白表達(dá)和活性下降［14］。在左側(cè)冠狀動脈狹窄的4、8和16周形成心肌梗死的大鼠模型中，隨著心力衰竭程度的加重，肌漿網(wǎng)鈣泵mRNA和蛋白水平也下降，肌漿網(wǎng)鈣泵的活性比蛋白水平下降更明顯［15］。在犬快速起搏誘導(dǎo)的心力衰竭模型、超容量負(fù)荷及壓力負(fù)荷制作的家兔心力衰竭模型以及人類終末期心力衰竭的心肌中都發(fā)現(xiàn)，SERCA2a表達(dá)下降，且SERCA2a mRNA的水平與心功能指數(shù)呈正相關(guān)［16］。

主動脈結(jié)扎后產(chǎn)生壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)力衰竭的研究發(fā)現(xiàn)，鼠和豚鼠的PLB mRNA和蛋白質(zhì)水平降低。在人類終末期心力衰竭的心肌中也發(fā)現(xiàn)PLB表達(dá)下降。另外，心力衰竭時(shí)交感腎上腺素能神經(jīng)系統(tǒng)興奮，高濃度兒茶酚胺長期慢性刺激引起心肌β腎上腺能受體密度降低，cAMP水平降低，PKA活性下降。β腎上腺能受體密度下調(diào)引起PP1抑制劑活性降低，從而導(dǎo)致PP1α的表達(dá)和活性增高。蛋白激酶A表達(dá)降低和PP1α表達(dá)增高引起PLB去磷酸化程度增加，進(jìn)一步引起SERCA2a活性降低。

CaMKⅡ在心肌肥厚和心力衰竭過程中發(fā)揮重要作用。一些實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞核中的CaMKⅡδB、細(xì)胞質(zhì)的CaMKⅡδC能夠誘導(dǎo)心肌肥厚形成及心力衰竭的發(fā)生。在體研究表明擴(kuò)張性心肌病患者心肌組織CaMKⅡ的活性升高，且與心功能變化呈負(fù)相關(guān)［17］。

心肌細(xì)胞凋亡是心力衰竭的機(jī)制之一，CaMKⅡ能夠傳導(dǎo)凋亡信號，如選擇性抑制CaMKⅡ，能夠明顯抑制腫瘤壞死因子α導(dǎo)致的凋亡。β腎上腺素可通過CaMKⅡ傳導(dǎo)的通路導(dǎo)致成年心肌凋亡，胞質(zhì)δC過度表達(dá)能放大β腎上腺素的凋亡效果。δC轉(zhuǎn)基因大鼠發(fā)生心力衰竭伴有明顯心室變薄，也提示在CaMKⅡ的參與下發(fā)生凋亡。

5 SERCA2a與治療

目前糾正心力衰竭時(shí)，主要采取基因治療的辦法增加肌漿網(wǎng)對Ca2+的攝取，包括:促進(jìn)SERCA2a蛋白表達(dá)，提高SERCA2a功能;增加磷酸化的PLB蛋白表達(dá)和其功能。促進(jìn)SERCA2a蛋白表達(dá)主要采取導(dǎo)入能夠促進(jìn)其蛋白表達(dá)的基因方法［18］。有研究［19］使用腺病毒載體，促進(jìn)大鼠心肌表達(dá)SERCA2a蛋白，使主動脈狹窄心力衰竭模型的心功能正?；?，且經(jīng)過1個(gè)月的病情觀察，生存率也得以改善。將表達(dá)SERCA2a的基因轉(zhuǎn)入分離的心力衰竭末期人心肌細(xì)胞中，心肌細(xì)胞收縮與舒張速度明顯加快，達(dá)到了正常心肌細(xì)胞的水平，且強(qiáng)烈表達(dá)SERCA2a的衰竭心肌細(xì)胞對刺激反應(yīng)頻率也增加了［20］。國內(nèi)郭豫濤等［21］用SERCA2a修飾的骨髓干細(xì)胞移植治療力衰竭大鼠，發(fā)現(xiàn)力衰竭大鼠室腔縮小，室壁增厚顯著改善，大鼠收縮和舒張功能明顯提高。

Li等［22］使用將近似于第16位 Ser磷酸化狀態(tài)的PLB的變異體（S16EPLB）嵌入副腺病毒（AAv2）載體，將基因?qū)隑IO14．6心肌病倉鼠及大鼠心肌梗死后心力衰竭模型，心功能得到長期改善，心肌間質(zhì)纖維化減少，左心室重構(gòu)受到抑制。

作為具有直接糾正這些肌漿網(wǎng)鈣調(diào)蛋白異常作用的藥物，有報(bào)道指出藥物MCC-135可以使SERCA2a的泵功能亢進(jìn)，并提高Na+-Ca2+交換泵的作用，但其詳細(xì)的分子機(jī)制仍不清楚，目前還處于臨床實(shí)驗(yàn)階段［23］。PP1是心肌細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)去磷酸化的主要磷酸激酶之一，心力衰竭時(shí)其活性升高，降低靶蛋白的磷酸化，成為心肌收縮力下降的原因。有研究指出，導(dǎo)入抑制PP1活性升高的內(nèi)源性蛋白基因后，可以抑制心力衰竭模型的心功能惡化。在倉鼠心力衰竭模型的心臟導(dǎo)入內(nèi)源性PP1阻斷蛋白——抑制蛋白2后，取得了長期心功能改善效果和改善預(yù)后效果，支持心力衰竭時(shí)PP1活性亢進(jìn)是促進(jìn)心功能惡化的想法［24］。但是，PP1是一種在全身組織普遍存在的蛋白，并且現(xiàn)在的PP1阻斷劑可以同時(shí)阻斷PP2A，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，不能直接作為心力衰竭的治療藥物使用。

6 結(jié)語

慢性心力衰竭是21世紀(jì)心血管醫(yī)師面臨的重大挑戰(zhàn)之一。對心力衰竭機(jī)制的了解日益深入，也給心力衰竭治療帶來新的方向。心肌肌漿網(wǎng)鈣泵及其相關(guān)蛋白的異常是心力衰竭的機(jī)制之一，以此作為研究靶點(diǎn)，將為人類征服心力衰竭開辟一條光明的新途徑。

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